Efsun DİNDAR, Fatma Olcay TOPAÇ ŞAĞBAN, Canan ETYAM

Hidrodinamik kavitasyon ile dezentegre edilen aktif çamurlardaki çözünmüş azot ve fosfor seviyelerinde meydana gelen değişimler

Bu çalışmada, bir gıda işleme fabrikasındaki atıksu arıtma tesisinden kaynaklanan atık aktif çamur, orifisbazlı bir hidrodinamik kavitasyon cihazı ile laboratuvar ölçeğinde mekanik olarak dezentegre edilmiştir.Çamur dezentegrasyonu için optimum işletme şartlarının belirlenmesi amacıyla farklı delik çaplarına (3, 4,ve 5 mm) sahip orifis plakaları kullanılmış ve kavitasyon sistemi üç farklı kavitasyon sayısını (0,2, 0,5 ve0,8) sağlayacak şekilde işletilmiştir. Kavitasyonun sonundaki en yüksek çözünmüş toplam kjeldahl azotu(ÇTKN) değerleri, 3 ve 4 mm’lik orifis plakalarının kullanıldığı ve kavitasyon sayısının 0,2’ye ayarlandığışartlarda tespit edilmiştir. Ancak başlangıç ÇTKN değerleri göz önüne alındığında 3 mm’lik orifis plakasınınkullanıldığı ve kavitasyon sayısının (Cv) 0,2’ye ayarlandığı durumda meydana gelen artışın daha belirginolduğu görülmüştür. Uygulanan hidrodinamik kavitasyon yöntemi çözünmüş toplam fosfor (ÇTP)içeriklerinde de artışa neden olmuştur. Özellikle kavitasyonun ilk 90 dakikasında belirgin artışlar meydanagelmiştir. Çalışma sonuçları, 150 dakikalık kavitasyonun ardından çamurdaki toplam azot ve toplamfosforun, sırasıyla %47’sinin ve %50’sinin çözünmüş formlara dönüştüğünü göstermektedir. Çözünmüş azotve fosfor konsantrasyonlarında meydana gelen bu artışa göre, orifis plakalı hidrodinamik kavitasyon yöntemietkili bir çamur dezentegrasyonu sağlayabilmiştir.

Variations of dissolved nitrogen and phosphorus levels in disintegration of active sludge using hydrodynamic cavitation

In the present study, waste activated sludge (WAS) that originated from a food processing facility was disintegrated mechanically on a laboratory scale using an orifice-based hydrodynamic cavitator. To determine optimum operation conditions for sludge disintegration, orifice plates with varying vent hole diameters (3, 4, and 5 mm) were used, and the cavitation setup was operated at three different cavitation numbers (0.2, 0.5 and 0.8). The maximum soluble total kjeldahl nitrogen (STKN) value at the end of 150 minutes of cavitation was observed in trials with orifice diameters of 3 and 4 mm and with cavitation number (Cv) of 0.2. However, when the initial levels of STKN were considered, more marked increase was occurred in case of the cavitation number of 0.2 and orifice diameter of 3 mm. The applied hydrodynamic cavitation method also caused an increase in soluble total phosphorus (STP) contents. Especially, the increment occured in the first 90 minutes of cavitation was more pronounced. The results showed that 47% of TKN and 50% of TP, were solubilized after a cavitation period of 150 minutes. According to the increases in STKN and STP, orifice-based hydrodynamic cavitation appeared to be an efficient method for sludge disintegration.

PDF

___

Kuldeep Carpenter, J., Saharan V.K.., Study of cavity dynamics in a hydrodynamic cavitation reactor. In: Mishra GC, editor. Energy technology & ecological concerns: a contemporary approach. New Delhi: Gyan Bandhu Publications, 37–43, 2014.
Saharan V.K., Rizwani M.A., Malani A.A., Pandit A.B., Effect of geometry of hydrodynamically cavitating device on degradation of orange-G. Ultrasinics Sonochemistry, 20, 345-353, 2013.
Vichare N., Gogate P., Pandit A. Optimization of hydrodynamic cavitation using a model reaction, Chemical Engineering & Technology, 23 (8), 683-690, 2000.
Etyam C., Atık aktif çamurun hidrodinamik kavitasyon destekli yönetmlerle dezentagrasyonu. Uludağ Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, 2017.
Cloete T.E., Oosthuizen D.J. The role of extracellular exoplymers in the removal of phosphorous from activated sludge. Water Research, 35, 3595–3598, 2001.
Li D.H., Ganczarczyk J., Structure of activated sludge flocs, Biotechnol Bioeng 35, 1, 57–65, 1990.
Ayol A., Filibeli,A., Sır D., Kuzkaya E., Arıtma çamurlarının biyolojik dezentegrasyonu: enzimatik arıtımın çamur minimizasyonu üzerine etkileri, 7. Ulusal Çevre Mühendisliği Kongresi, Yaşam Çevre Teknoloji, İzmir, Türkiye, Ekim 24-27, 2007.
Zubrowska-Sudol M, Walczak J., Effects of mechanical disintegration of activated sludge on the activity of nitrifying and denitrifying bacteria and phosphorus accumulating organisms. Water research 61, 200-209, 2014.
Balasundarum B., Harrison, S.T.L. Disruption of brewers’ yeast by hydrodynamic cavitation: Process variables and their influence on selective release. Biotechnol Bioeng., 94, 303-311, 2006.
Gündüz Ç., Ultrasonic disintegration of sewage sludge, Dokuz Eylül University Graduate School of Natural and Applıed Sciences, 2009.
Sagban Topac F.O., Tasdemir H.G., Alkaline Assisted Hydrodynamic Cavitation For Disintegration of Waste Activated Sludge. Fresenius Environmental Bulletin, 25, 6, 2205-2212, 2016.
APHA, AWWA, WEF, Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 20th ed., American Public Health Association, Baltimore, 1998.
Gogate P.R., Pandit A.B., Engineering Design Methods For Cavitation Reactors II: Hydrodynamic Cavitation, AICHE Journal, 46 (8), 1641-1649, 2000.
Chanda S.K.., Disitegration of sludge using ozonehydrodynamıc cavitation, Master of Applied Science in the Faculty of Graduate Studies (Civil Engineering), The University of British Columbia, Vancouver., 2012.
Szulżyk-Cieplak J., Ozonek J., The Study of the Impact of Select Parameters of Hydrodynamic Cavitation System on Anthracene an Penanthrene Degrardation Rate in Cavitated Liquid Environment) Annual Set the Environment Prorotection 15, 996–1010, 2013.
Lee I., Han J.I. The Effects of Waste-Activated Sludge Pretreatment Using Hydrodynamic Cavitation for Methane Production, Ultrason. Sonochem., 20 (6), 1450-1455, 2013.
Grübel K., Machnicka A., Hydrodynamic Disintegration of Foam Biomass to Upgrade of Wastewater, Ecological Chemistry And Engineering, 17 (2), 137-148, 2010.
Machnicka A., Grubel K., Suschka J., The Use of Hydrodynamic Disintegration as a Means To Improve Anaerobic Digestion of Activated Sludge, Water SA, 35 (1), 129-132, 2009.
Gogate P.R., Pandit A.B., A review and assessment of hydrodynamic cavitation as a technology for the future. Ultrason Sonochem., 12, 21–27, 2005.
Gogate P.R., Pandit A.B. Hydrodynamic Cavitation Reactors: A State of The Art Review, Reviews in Chemical Engineering, 17 (1), 1-85, 2001.
Zupanc M., Kosjek T., Petkovseka M., Dular M., Kompare B, Sirok B, Blazeka Z, Heath E. Removal of pharmaceuticals from wastewater by biological processes, hydrodynamic cavitation and UV treatment. Ultrason Sonochem. 20, 1104–1112, 2013.
Kunz P.M., Theunert B., Wagner S. Erkenntnisse und Erfahrungen aus praktischen Anwendungen der Klarschlamm - Disintegration., Korrespondenz Abwasser, 43, 1289, 1996.
Akpınar I. Biyolojik Besi Maddesi Gideren Atıksu Arıtma Tesisi Geri Devir Çamurunda Farklı Dezentegrasyon Uygulamalarının İncelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2010.
Müller J. Disintegration as a key-step in sewage sludge treatment, Water Science and Technology, 41, 8, 123– 130, 2000.
Diehm B., Setzer T., Kapp H. Desintegration von Rucklaufschlamm zur Verbesserung der Denitrifikation. Korrespondenz Abwasser (KA), 51(4), 396–403, 2004.
Kunz P., Wörne D. Nachweis der biologischen Verfugbarkeit von Klarschlamm nach Desintegration mittels Ruhrwerkskugelmuhle im Rahmen einer gezielten Deninitrifikation. Muller, J.,Dichtl, N. and Schwedes, J. (eds), Klarschlammdesintegration, Publications of the Institute of Sanitary Engineering, Technical University of Braunschweig, Germany, ISSN 0934-9731, 61, pp. 209–214, 1998.
Petkovseka M, Zupanc M, Dular M, Kosjek T, Heath E, Kompare B, Sirok B., Rotation generator of hydrodynamic cavitation for water treatment. Sep Purif Technol. 118, 415-423, 2013
Sivakumar M., Pandit A.B., Wastewater treatment: a novel energy efficient hydrodynamic cavitational technique. Ultrason Sonochem . 9, 123–131. 2002